Як розрахувати сонячні панелі

Сьогодні займемося розрахунком необхідної для будинкової електростанції кількості матеріалів, зокрема, сонячних панелей та акумуляторів. Нижче наведено таблицю для широти Москви.

Розрахунок потужності сонячних батарей

Щоб розрахувати необхідну потужність сонячних батарей потрібно знати скільки енергії ви споживаєте. Наприклад, якщо ваше споживання енергії становить 100 кВт*год на місяць (покази можна подивитися по лічильнику електроенергії), то відповідно вам потрібно, щоб сонячні панелі виробляли таку кількість енергії.

Самі сонячні батареї виробляють сонячну енергію тільки у світлий час доби.

При падінні сонця під кутами потужність і вироблення електроенергії помітно падає, і чим гостріший кут падіння сонячних променів тим падіння потужності більше. 3 рази, і це треба враховувати.

При розрахунку краще брати робочий час, при якому сонячні батареї працюють майже на всю потужність, рівним 7 годин, це з 9 ранку до 4 години вечора. обсягу всього 20-30% від загального денного вироблення, а 70% енергії вироблятиметься в інтервалі з 9 до 16 годин Таким чином масив панелей потужністю 1 кВт (1000 Вт) за літній сонячний день видасть за період з 9-ї до 16-ї години 7 кВт*год електроенергії, і 210 кВт*год на місяць.Плюс ще 3 кВт (30%) за ранок і вечір, але нехай це буде запасом так, як можлива мінлива хмарність. І панелі у нас встановлені стаціонарно, і кут падіння сонячних променів змінюється, від цього, природно, панелі не будуть видавати свою потужність на 100%. Я думаю зрозуміло, що якщо масив панелей буде на 2 кВт, то вироблення енергії буде 420 кВт*год на місяць. А якщо буде одна панелька на 100 Вт, то в день вона даватиме всього 700 Вт * год енергії, а на місяць 21 кВт.

Непогано мати 210 кВт * год на місяць з масиву потужністю всього 1 кВт, але тут не все так просто. По-перше не буває такого, що всі 30 днів у місяці сонячні, тому треба подивитися архів погоди по регіону і дізнатися скільки приблизно похмурих днів по місяцях. У результаті 5-6 днів точно будуть похмурі, коли сонячні панелі і половини електроенергії не будуть виробляти. Значить можна сміливо викреслити 4 дні, і вийде вже не 210кВт * год, а 186кВт * год. Також потрібно розуміти що навесні та восени світловий день коротший і хмарних днів значно більше, тому якщо ви хочете користуватися сонячною енергією з березня по жовтень, то потрібно збільшити масив сонячних батарей на 30-50% залежно від конкретного регіону.

Але це ще не все, також є серйозні втрати в акумуляторах, і перетворювачів (інвертор), які теж треба враховувати, про це далі. Про зиму я поки що говорити не буду так, як цей час зовсім плачевний з вироблення електроенергії, і тут коли тижнями немає сонця, вже ніякий масив сонячних батарей не допоможе, і потрібно буде або харчуватися від мережі в такі періоди, або ставити бензогенератор.Добре допомагає також встановлення вітрогенератора, взимку він стає основним джерелом вироблення електроенергії, але якщо, звичайно, у вашому регіоні вітряні зими, і вітрогенератор достатньої потужності.

Розрахунок сонячних панелей – порядок дій

Обчислюємо необхідну споживачеві потужність приладів

Спочатку необхідно розрахувати точну кількість приладів, які потрібно забезпечити електроенергією з урахуванням енергоспоживання кожного з них. Сюди можуть входити побутова техніка (холодильник, телевізор, пральна машина, мікрохвильова піч, праска, електрочайник та інша дрібна побутова техніка), комп'ютерна техніка, системи освітлення, бойлери, котли, насоси, газонокосарки, снігоприбиральна техніка тощо. Для цього або аналізуємо та усереднюємо середньодобові показники електролічильника, або просто складаємо всі потужності приладів, які працюватимуть за допомогою сонячних батарей. Це можна зробити згідно з інструкцією на приладах або знайти інформацію про усереднені значення техніки в спеціальній літературі або інтернеті.

Якщо ви вирішили встановити сонячні батареї, при підрахунку потужності всіх приладів обов'язково потрібно врахувати втрати, які становлять приблизно 20%. Наприклад, якщо споживана добова потужність приладів становить 5 кВт/год, то загальне середньодобове споживання з урахуванням втрат становитиме: 5 x 1,2 = 6 (кВт/ч). Такий запас енергії знадобиться нам за добу для безперебійної роботи всіх приладів.

Розраховуємо необхідну ємність акумулятора сонячних панелей

Це можна зобразити такою спрощеною формулою з умовними позначеннями: Е = М/Н, де Е – ємність АКБ сонячних панелей, М – потужність, що споживається приладами, Н – напруга мережі. У нашому прикладі при напрузі 12В отримаємо:

Е = 6кВт/12В = 500 (А/год).

З'ясовуємо коефіцієнт інсоляції чи місячний рівень радіації

Коефіцієнт залежить від регіону/міста проживання. Це відкрита інформація, яку нескладно знайти в інтернеті та довідниках. Наприклад, у Харкові середньорічний коефіцієнт рівня радіації становить 3,49 кВт/год/м 2 , мінімальне значення у грудні – 0,93 кВт/год/м 2 /день, а максимальне у червні – 5,89 кВт/год/ м 2 / день. А в Одесі середньорічний показник – 3,41 кВт/год/м2, мінімум у грудні – 0,87 кВт/год/м2/день, максимум у липні – 6,39 кВт/год/м2/день.

Розраховуємо денну продуктивність вибраної сонячної батареї

Щоб розрахувати, скільки сонячних батарей потрібно для будинку чи квартири, використовуємо формулу: П = К х S x ККД, де П – продуктивність однієї батареї, К – коефіцієнт інсоляції (рівня радіації), S – площа однієї батареї, ККД – ефективність батареї відсотках. Розглянемо практично. Наприклад, для батареї потужністю 250 Вт, площею 2 м 2 та з ефективністю (ККД) 15% ми отримаємо:

Середньодобова продуктивність, Харків:

річна: 3,49 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,047 кВт;

мах: 5,89 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,767 кВт;

мin: 0,93 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,279 кВт.

Середньодобова продуктивність, Одеса:

річна: 3,41 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,023 кВт;

мах: 6,39 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,917 кВт;

мin: 0,87 кВт/год/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,261 кВт.

Розраховуємо необхідну кількість сонячних панелей

Це можна зробити за такою формулою: С = М/П, С – необхідна кількість сонячних панелей, М – споживана приладами потужність (її ми вже визначили вище), а П – продуктивність однієї сонячної батареї.

У наших прикладах отримаємо:

Для Харкова:

мах: 6 кВт/год / 1,767 кВт = 3 батареї

мin: 6 кВт/год / 0, 279 кВт = 22 батареї

Для Одеси:

мах: 6 кВт/год / 1,917 кВт = 3 батареї

мin: 6 кВт/год / 0, 261 кВт = 23 батареї

Розрахунок ємності акумуляторної батареї для сонячних панелей

Ще один приклад встановлених акумуляторів та універсального контролера для сонячних батарей:

Мінімальний запас ємності акумуляторів, який просто необхідний повинен бути такий, щоб пережити темний час доби. Наприклад, якщо у вас з вечора і до ранку споживається 3 кВт*год енергії, то в акумуляторах повинен бути такий запас енергії. Якщо акумулятор 12 вольт 200 А/год, то енергії у ньому поміститися 12*200=2400 ват (2,4 кВт).

Але акумулятори не можна розряджати на 100%. Спеціалізовані АКБ можна розряджати максимум до 70%, якщо більше вони швидко деградують. Якщо ви встановлюєте звичайні автомобільні АКБ, їх можна розряджати максимум на 50%.

Висновок! Потрібно ставити акумуляторів у два рази більше, ніж потрібно, інакше їх доведеться міняти щороку або навіть раніше.

Оптимальний запас ємності АКБ це добовий запас енергії в акумуляторах. Наприклад, якщо у вас добове споживання 10 кВт*год, то робоча ємність АКБ повинна бути саме такою. Тоді ви без проблем зможете переживати 1-2 похмурі дні, без перебоїв. При цьому у звичайні дні протягом доби акумулятори розряджатимуться всього на 20-30%, і це продовжить їхнє недовге життя.

Ще одна важлива робити це ККД свинцево-кислотних акумуляторів, що дорівнює приблизно 80%. Тобто акумулятор при повному заряді бере на 20% більше енергії, ніж потім зможе віддати.ККД залежить від струму заряду та розряду, і чим більше струми заряду та розряду тим нижче ККД. Наприклад якщо у вас акумулятор на 200 Ач, і ви через інвертор підключаєте електричний чайник на 2 кВт, то напруга на АКБ різко впаде, так як струм розряду АКБ буде близько 250 Ампер, і ККД віддачі енергії впаде до 40-50%. Також якщо заряджати АКБ великим струмом, то ККД різко знижуватиметься.

Також інвертор (перетворювач енергії 12/24/48 220 в) має ККД 70-80%. Враховуючи втрати отриманої від сонячних батарей енергії в акумуляторах, і перетворення постійної напруги в змінне 220в, загальні втрати становитимуть близько 40%. Це означає, що запас ємності акумуляторів потрібно збільшувати на 40%, і так само збільшувати масив сонячних батарей на 40%компенсувати ці втрати.

Але це ще не всі втрати. Існує два типи контролерів заряду акумуляторів від сонячних батарей і без них не обійтися. PWM(ШИМ) контролери більш прості та дешеві, вони не можуть трансформувати енергію, і тому сонячні панелі не можуть віддати а АКБ всю свою потужність, максимум 80% від паспортної потужності. А ось MPPT контролери відстежують точку максимальної потужності та перетворюють енергію знижуючи напругу та збільшуючи струм зарядки, у результаті збільшують віддачу сонячних батарей до 99%. Тому якщо ви ставите дешевший PWM контролер, то збільшуйте масив сонячних батарей ще на 20%.

Що враховувати під час розрахунку сонячних батарей

Перш ніж розрахувати сонячні панелі для будинку чи квартири, потрібно визначитись із завданням.А саме, чи будуть використовуватися сонячні панелі тільки для резервного живлення, як додаткове джерело енергії, чи повністю повинні забезпечити потреби об'єкта в електричній енергії. Потім треба визначити сумарну потужність приладів, які потребують стабільного та безперебійного постачання електроенергії, що генерується сонячними батареями. Важливо запам'ятати, що існує прямо пропорційна залежність споживаної приладами потужності «на виході» та тривалості їх роботи із збільшенням ємності масиву АКБ, потужності інверторів і, зрештою, вартості всієї геліоустановки.

Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку чи дачі

Якщо ви не знаєте ваше споживання і тільки плануєте сказати запитати дачу від сонячних батарей, то споживання вважається досить просто. Наприклад, у вас на дачі буде працювати холодильник, який за паспортом споживає 370кВт*год на рік, отже на місяць він споживатиме всього 30.8 кВт*год енергії, а на день 1.02 кВт*год. Також світло, наприклад лампочки у вас енергозберігаючі скажемо по 12 Вт кожна, їх 5 штук і світять вони в середньому по 5 годин на добу. Це означає, що за добу ваше світло споживатиме 12*5*5=300 ватт*год енергії, а за місяць «нагорить» 9 кВт*год. Також можна почитати споживання насоса, телевізора і всього іншого, що у вас є, скласти все і вийде ваше добове споживання енергії, а там помножити на місяць і вийде приблизна цифра.

Наприклад у вас вийшло на місяць 70 кВт*год енергії, додаємо 40% енергії, яка губиться в АКБ, інверторі та ін. Значить нам потрібно, щоб сонячні панелі виробляли приблизно 100 кВт*год.Це означає 100:30:7 = 0,476 кВт. Виходить потрібний масив батарей потужністю 0,5 кВт. Але такого масиву батарей вистачатиме лише влітку, навіть навесні та восени при похмурих днях будуть перебої з електрикою, тому треба збільшувати масив батарей у два рази.

Для харчування приватного будинку влітку потрібен масив 2 кВт.

Але щоб навіть навесні і восени отримувати достатньо енергії краще збільшити масив на 50%, тобто ще плюс 1кВт. А взимку в тривалі похмурі періоди використовувати або бензогенератор, або встановити вітрогенератор потужністю не менше 2 кВт. Більш конкретно можна розрахувати виходячи з даних архіву погоди по регіону. Використовувані джерела:

Розрахунок сонячної батареї та акумуляторів, комплекту сонячної електростанції

Дуже часто при зверненні за підбором обладнання або при виборі сонячної електростанції клієнти запитують: Як розрахувати потужність та кількість сонячних батарей та акумуляторів та якої потужності вибрати сонячну електростанцію. У цій статті ми спробуємо розібратися з цим питанням, і я постараюся простою мовою, не заглибившись у деталі пояснити як це зробити.

Насамперед потрібно дізнатися скільки електроенергії ви споживаєте за добу, це можна зробити, взявши середні щомісячні показання лічильника електроенергії і розділити на 30 днів. Так ми матимемо середнє споживання на добу. Наприклад соціальна норма в РВ на двох осіб становить 234кВт, що близько 8кВт.ч електроенергії на добу. Відповідно нам необхідно, щоб сонячні батареї виробляли таку ж кількість енергії на день.

Розрахунок кількості сонячних батарей та їх потужності

Оскільки сонячні панелі виробляють електричну енергію лише у світлий час добиЦе необхідно врахувати в першу чергу, так само варто розуміти, що вироблення в похмурі дні і взимку дуже сильно знижується, і може становити 10-30 відсотків від потужності панелей. за часом доби основний виробіток йде з 9 до 17 годин, тобто 7-8 годин на день.У літній час інтервали звичайно будуть більше, зі сходу до заходу сонця, але в ці години вироблення буде значно менше номіналу, тому ми усереднюємо.

Отже, 4 сонячні батареї потужністю 250Вт (всього 1000Вт). За добу вироблять 8кВт.ч енергії, тобто на місяць це 240кВт.ч. Але це ідеальний розрахунок, як ми говорили вище, у похмурі дні вироблення буде менше, тому можна краще взяти 70% від вироблення, 240*0,7 = 168 кВт.год. це значення можна застосувати для розрахунку мережної сонячної електростанції, де не використовуються акумуляторні батареї.

Розрахунок акумуляторів для сонячної електростанції

Далі перейдемо до розрахунку ємності акумуляторної батареї для сонячних панелей. Їх кількість і ємність має бути такою, щоб енергії, яка в них запасається, вистачило на темний час доби, варто врахувати, що вночі споживання електроенергії мінімальне, порівняно з денною активністю.

Акумулятор на 100А.ч. запасає приблизно 100А * 12В = 1200Вт. Так якщо за ніч ви споживаєте 2,4 кВт.ч. електрики, то вам необхідно встановити 2 АКБ по 100А. . Виходячи з цього отримуємо, що 2 АКБ по 100А.ч. 2400*0,7 = 1700Вт.ч.Це правильно при розряді невеликими струмами, при підключенні потужних споживачів відбувається просідання напруги і ємність за фактом зменшується.

Якщо ви хочете розрахувати, яка ємність акумулятора потрібна до сонячної батареї, наводимо нижче таблицю відповідності (для системи 12В.):

Потужність інвертора та втрати в ньому

Тепер щодо інвертора, він теж має свій ККД а це близько 75-90%, тобто. всі отримані величини виробітку енергії та запасу можна відносити до цих відсотків. В результаті краще брати подвійний запас ємності для акумуляторів, Так при споживанні 2400Вт.ч за ніч, встановлювати 4 АКБ ємністю 100А.ч. 100А * 12В * 4 = 4800Вт.ч. Потужність інвертора показує номінальне навантаження, яке можна підключити до нього., тобто кількість та тип побутових приладів.

1. Сонячні батареї 4шт. по 250Вт. Виробіток на місяць 170 -240кВт.ч (36тис.руб.)
2. АКБ по 100А. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM акумулятори 50тис.руб.)
3. Інвертор 2,4 кВт номінальна потужність устаткування, що підключається (27тис.)

Разом 113 тис. руб. за комплект обладнання.

Потужність побутових приладів, споживання електроенергії

• ТБ Led – 50-150Вт.
• Холодильник класу А – 100-300Вт. (тільки під час роботи компресора)
• Ноутбук – 20-50Вт
• Лампа енергозберігаюча 30Вт, Світлодіодна 3-9Вт
• Настінний котел (електроніка + вбудований насос) – 70-130Вт.
• Роутер - 10-20Вт.
• Кондиціонер 9 – 700-900Вт.
• Ел. Чайник - 1500Вт.
• Мікрохвильова піч – 500-700Вт.
• Пральна машина 600 - 900Вт.
• Відеореєстратор + 4 камери – 30-50Вт.

Усі потужності вказані в годину роботи приладу, варто враховувати, що більшість приладів працюють нетривалий час, чайник підігрів - 5хв, холодильник включається раз на 2-3 години на годину для підтримки темп. Насос котла також працює в міру підтримки температури теплоносія. Також можна розрахувати й інші прилади за цим принципом.